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We present a simple, stable, and highly reproducible off-chip-controlled method for generating droplets-on-demand. To induce the droplet generation, externally pre-programmed positive pressure pulses are applied to the dispersed phase input while the continuous phase channel remains at constant input pressure. By controlling solely one fluid phase, the method allows for connecting multiple independent dispersed-phase channels to a single continuous channel. Experimental results show that the method allows for a droplet generation frequency of 33 Hz and a high reproducibility of droplets with standard deviations less than 5% of the mean value. Moreover, utilization of the off-chip-controlled method results in the simplicity in chip design and allows rapid (∼5 min) and cost-efficient (0.5 USD) prototyping of the device.

This article provides an overview on the emerging field of droplet-based microfluidic networks. In such networks, droplets i.e., encapsulating biochemical samples can be adaptively transported via microchannels through different operations for particular experiments. This approach is particularly promising for the next generation of lab-on-a-chip devices, which should support more complex operations and more flexibility. We give an accessible introduction to droplet-based microfluidics and describe the principles, of microfluidic switches, which are the main components in microfluidic networks. Based on these principles we present the addressing schemes for microfluidic bus networks. Since the design of microfluidic networks is a rather complex task, which requires the consideration of a huge number of physical parameters, we introduce design automation methods and simulation tools. Finally, we present a method for the precise generation of individual droplets, which enables the practical realization of microfluidic networks. Moreover, we show the latest experimental results on droplet generation and switching. Keywords: droplet-based microfluidics; lab-on-a-chip; microfluidic networks Design und Realisierung von flexiblen tröpfchenbasierten Chiplaboren: Von der Theory zur Praxis. Dieser Artikel gibt einen Überblick über das Forschungsfeld der mikrofluidischen Netzwerke. In solchen Netzwerken werden Tröpfchen (die bspw. biochemische Proben enthalten) adaptiv durch verschiedene Prozessstufen über Mikrometer-dünne Kanäle transportiert, um bestimmte Untersuchungen durchzuführen. Dieser neue Ansatz ist vor allem für die nächste Generation an Chiplaboren (engl. lab-on-a-chip) sehr vielversprechend, welche komplexere Operationen und mehr Flexibilität unterstützen sollen. Wir besprechen die Grundlagen tröpfchenbasierter Mikrofluidik und beschreiben die Prinzipien mikrofluidischer Schalter (engl. switch), welche die Hauptkomponenten in mikrofluidischen Netzwerken darstellen. Basierend auf diesen Prinzipien stellen wird die Adressierungsschemas in mikrofluidischen Busnetzwerken vor. Da der Entwurf von mikrofluidischen Netzwerken eine komplexe Aufgabe ist, bei der eine große Anzahl von physikalischen Parametern berücksichtigt werden muss, stellen wir verschiedene Ansätze zur Entwurfsautomatisierung und Simulation vor. Schließlich präsentieren wir eine Methode zur präzisen Erzeugung von Tröpfchen, die eine praktische Realisierung von mikrofluidischen Netzwerken ermöglichen soll. Weiters zeigen wir die neuesten experimentellen Ergebnisse zur Tröpfchengenerierung bzw. zur Realisierung von Schaltern.

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